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Las bacterias también somos seres humanos. Qué podemos aprender de esto?

las bacterias

Bueno, la verdad es que no lo son, sin embargo es sorprendente saber que al igual que nosotros, las bacterias tienen su propio sistema inmune, el cual utilizan para combatir virus invasores llamados fagos.

Al igual que en el sistema inmune de cualquier organismo, desde el de seres unicelulares hasta el de humanos, el primer desafío de dicho sistema es poder diferenciar entre lo que es propio de la bacteria y lo que no.

Esto es muy difícil, ya que los virus, las bacterias y todos los seres vivos están formados por ADN y proteínas.

Un grupo de investigadores del Instituto Weizmann de Ciencia y de la Universidad de Tel Aviv acaban de revelar exactamente cómo las bacterias logran hacer esta diferencia.

Sus resultados fueron publicados en línea hoy en la revista Nature.

“En la mayoría de los ambientes hay diez veces más fagos que bacterias; y, como todos los virus, los fagos utilizan la maquinaria de reproducción de las células anfitrionas para hacer copias de ellos mismos”, dice el Prof. Rotem Sorek, del Departamento de Genética Molecular del Instituto Weizmann.

“Y están constantemente desarrollando nuevas formas de hacer esto; por lo que las bacterias necesitan un sistema inmune muy activo para sobrevivir”.

Sin embargo, hasta hace poco los científicos ni siquiera tenían certeza de si las bacterias poseían el así llamado sistema inmune adaptativo, el cual “recuerda” encuentros anteriores para producir respuestas dirigidas.

Esto cambió hace varios años cuando fue descubierto un sistema bacteriano adaptable llamado CRISPR. El mecanismo inmune CRISPR no sólo es crucial para las bacterias, sino que también tiene un gran impacto en nuestra vida diaria: es utilizado hoy en día, por ejemplo, para proteger a las bacterias “buenas” que producen quesos y yogurt.

Esto podría también afectar nuestro futuro: científicos hallaron cómo utilizar el ingenioso sistema CRISPR para “editar” el genoma humano, transformándolo en una herramienta útil para un gran número de aplicaciones clínicas.

Para recordar una infección el sistema CRISPR toma una secuencia corta de ADN del virus invasor y la inserta directamente en el genoma de la bacteria. Los trozos de ADN del fago son guardados en una sección especial del genoma, que forman la memoria inmune.

En infecciones posteriores, el CRISPR utiliza estas secuencias para crear hebras cortas de ARN correspondientes a la secuencia genética del fago similar. Complejos de proteínas enlazados al ARN identifican así el ADN del fago y lo destruyen.

La selectividad es un tema relevante en este sistema. Investigaciones anteriores del laboratorio de Sorek han mostrado que al tomar por error trozos de su propio ADN, las células bacterianas pueden padecer una especie de desorden autoinmune en el que la bacteria ataca a su propio ADN.

Esto tiene resultados que pueden ser fatales para ellas mismas. Con aproximadamente 100 veces más ADN proprio que de otros organismos dentro de la célula, dice Sorek, parecería que la cantidad de errores debiera ser mucho más alta que la observada.

¿Cómo sabe el sistema CRISPR de qué manera insertar los trozos de ADN foráneo y no los de la propia bacteria en la memoria del sistema inmune?

Sorek y su estudiante de investigación Asaf Levy colaboraron con el Prof. Udi Qimron y Moran Goren, de la Universidad de Tel Aviv, para responder a estas preguntas en detalle, revelando un mecanismo complejo, compuesto de varios pasos, involucrado en esta parte del proceso CRISPR.

Ellos crearon un sistema experimental utilizando plásmidos, pequeñas piezas circulares de ADN que se parecen a los virus, y los inyectaron en las células bacterianas.

Estas bacterias poseen dos proteínas conocidas como Cas1 y Cas2, que forman parte del sistema CRISPR y se encargan de obtener los trozos de ADN ajeno.

El sistema CRISPR logró incorporar los plásmidos de ADN en el genoma bacteriano, mientras que el ADN proprio casi no fue atacado. El equipo registró alrededor de 38 millones de eventos de inmunización independientes.

Examinando los resultados con más detalle, el equipo encontró que el sistema CRISPR, al utilizar las proteínas Cas 1 y 2, identifica específicamente el ADN que se replica rápidamente.

Irónicamente esta táctica de supervivencia de los fagos, que están programados para replicarse a cualquier precio, es su punto débil.

“Sin embargo”, dice Sorek, “esto no explica completamente como el sistema CRISPR diferencia entre el ADN propio y el ajeno.”

La solución fue obtenida gracias a un mayor entendimiento del proceso.

Durante la replicación del ADN, frecuentemente ocurren pequeñas fracturas en el mismo.

Estas fracturas accionan una enzima reparadora de ADN que “mordisquea” un trozo del ADN roto.

El equipo descubrió que los “restos de los mordiscos” de la maquinaria reparadora son de hecho la fuente de ADN viral utilizado por el sistema CRISPR para generar la memoria inmune de las bacterias.

Sin embargo, cuando la enzima reparadora encuentra una pequeña secuencia llamada “sitio Chi”, sus mordisqueos paran.

Estas secuencias Chi aparecen frecuentemente a lo largo del genoma bacteriano pero raramente en el viral.

Así los sitios Chi sirven como un marcador de lo “propio”: estos rechazan la actividad de la maquinaria CRISPR cuando están presentes, pero le permiten usar los trozos de ADN de los fagos si están ausentes.

Así la célula bacteriana usa sus procesos normales de replicación y reparación de su ADN para identificar el ADN de los fagos, verificando una y otra vez que el nuevo ADN sea diferente en dos aspectos fundamentales del genoma propio.

A través de la actividad de las dos proteínas CRISPR, Cas1 y 2, el sistema inmune de las bacterias se asegura de que está agregando sólo ADN ajeno a su “memoria inmune”, y por lo tanto puede activar sus defensas.

Sorek nos cuenta: “Al resolver el enigma del genoma propio contra el foráneo y su relación con el sistema inmune bacteriano, y al descifrar el mecanismo exacto de este paso del proceso CRISPR, obtuvimos conocimientos importantes sobre las confrontaciones invisibles que ocurren en todos lados, a nuestro alrededor, todo el tiempo.”

“La solución bacteriana para evitar la autoinmunidad podría ser utilizada en futuras aplicaciones clínicas que aprovechen el sistema CRISPR.”

 
 

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